机床与液压杂志

机床与液压杂志2025年第8期

• 考虑齿侧间隙的弧齿锥齿轮系统非线性动力学特性研究

  孙莉，刘峰峰，杨光荣，刘岚

  针对某航空发动机的中央传动弧齿锥齿轮系统，展开非线性动力学特性研究。基于集中质量法，建立了八自由度的弧齿锥齿轮系统动力学模型，并采用模型降阶技术和Runge-Kutta数值积分方法对量纲一化非线性方程组进行求解。通过时域响应、相平面图和Poincare图等分析了齿侧间隙、啮合频率与支承刚度对系统振动响应的影响规律。结果表明：齿侧间隙增大会导致弧齿锥齿轮副轮齿间产生显著的非线性冲击现象，迫使齿轮系统的运动状态发生改变，系统振动响应从单周期运动逐渐过渡到多周期运动，最终进入混沌运动状态，尤其在齿侧间隙140~160 μm内更显著；啮合频率对系统振动响应的影响与系统固有频率密切相关，随着啮合频率的增大，系统振动响应经历了周期运动-混沌运动-周期运动的变化；提高支承刚度对于增强系统稳定性至关重要，支承刚度过小会增加系统进入混沌运动的可能性。

• 基于分层多元域适应的滚动轴承故障诊断方法

  李灿，罗军，赵树标，钟志贤，王广斌

  针对现有迁移学习算法在滚动轴承故障诊断中存在的同类别以及不同类别数据分布差异、域偏移与域内重叠导致故障识别率低的问题，提出一种基于分层多元域适应的滚动轴承故障诊断方法。该方法通过分层样本处理与多元技术集成，充分利用同类别之间内部亲和力，同时减少不同类别之间分布差异，有效减少域偏移与域内重叠现象，从而提高变工况轴承故障诊断的准确率。采用有标签的源域数据训练3种不同的基础分类器，通过多数投票技术将目标域样本分为候选域和残差域，得到候选域的伪标签；构建源域和候选域的总体散度矩阵，得到散度对齐后的源域样本数据，针对域内类别的重叠现象，基于分布适配加权条件分布，进一步异化同领域内不同类别的空间分布，得到转换矩阵；最后使用转换后的源域和候选域标注残差域，得到完整的目标域标签。分别在CWRU和自建的轴承数据集上进行故障诊断实验。结果表明：所提方法对多故障类型多故障尺寸、复合故障均具有较好的识别能力，且当标签样本稀少时，模型也具有优秀的诊断效果。

• 基于精细化多尺度Kolmogorov熵与WOA-SVM的滚动轴承故障诊断

  李希垒，王冰，胡雄，金鑫

  为了进一步提高滚动轴承故障诊断的准确率，提出一种基于精细化多尺度Kolmogorov熵和鲸鱼优化多分类支持向量机(FGMKE-WOA-SVM)的故障诊断方法。对振动信号进行精细化多尺度分解，提取各尺度子信号的Kolmogorov熵，构建多维故障特征向量，以此定量表征信号在不同分辨率下的复杂度。针对多分类支持向量机模型参数敏感问题，引入鲸鱼优化算法（WOA）优化惩罚因子和核函数参数，构建最优WOA-SVM模型。最后，基于江南大学数据集的实验表明：该方法能够有效分析参数对模型稳定性的影响，并在不平衡样本集上实现高精度故障诊断;与KNN、DT等模型及不同特征输入方法相比，所提方法计算速度快、诊断效率高，具有显著优越性。

• 带不对称约束的轮式机器人固定时间控制

  古宜翔，王梓安，李嘉豪，唐睿智，张春良

  针对一类轮式移动机器人系统存在不对称状态约束、通信资源有限等问题，提出一种固定时间自适应预设性能跟踪控制方法。建立轮式机器人系统模型，并构建了相应的轨迹跟踪误差模型。引入预设性能函数，并进一步构造了非线性转换函数，将误差限制在预定收敛范围内，从而提高系统收敛性能，使其具备良好的暂态和稳态特性。然后，基于反步法推导，建立了不对称障碍李雅普诺夫函数并设计相应固定时间控制律，保证跟踪误差在给定时间内收敛。在此基础上，在控制器-执行器通信通道中引入具有相对阈值的事件触发机制，在确保控制性能的前提下，有效节省了通信资源，缓解通信压力。所提控制策略能够确保受控机器人在执行任务时，目标机器人始终处于可视范围内，且不会与目标机器人发生碰撞。最后，通过仿真验证了该控制方法的有效性。

• 风冷条件下双轴直线电机模组热特性与定位精度研究

  梅智发，朱继元，卢飞泉，刘翔

  针对双轴直线电机模组因温升导致定位精度下降的问题，基于电磁场-温度场-结构场耦合方法探究风冷条件下双轴直线电机模组的热特性与精度影响规律。建立有限元模型，分别采用单向耦合和双向耦合计算方法，计算光栅尺贴面与移动台表面的稳态温度分布；同时搭建实验平台实测温度与定位精度，验证模型精度。结果表明：风冷措施使光栅尺贴面与移动台稳态温度降至25.2 ℃和25.6 ℃，较无风冷条件分别降低1.1 ℃和1.9 ℃，移动台定位精度变化量为10.138 μm，定位精度提升40.4%；双向耦合仿真结果（光栅尺贴面与移动台表面稳态温度均约为23.8 ℃）较单向耦合（光栅尺贴面与移动台表面稳态温度分别为23.3、23.4 ℃）更接近实验值，其稳态温度相对误差从单向的7.54%、8.59%降至5.56%、7.03%。风冷可显著改善电机模组热稳定性与定位精度，双向耦合算法能够更精准刻画多物理场交互效应。

• 高精度龙门镗铣床制造难点分析

  焦东明

  针对高精度龙门镗铣床的制造难点及优化方案进行分析。概述了龙门镗铣床作为高精度金属加工设备在机械制造领域的重要地位及其市场特点；详细分析了高精度龙门镗铣床的设计要点，包括模型建立、精度分析、检测要求和制造要点；探讨了高精度龙门镗铣床的精度保持分析，包括使用环境控制要点、加工过程控制、精度保持要点和生命周期管理。最后，总结了研究成果，提出了改进后的生产流程方案，包括使用环境控制、加工过程控制和生命周期管理的优化措施，以提升产品稳定性、降低生产成本并增强市场竞争力,为高精度龙门镗铣床的制造提供了系统性解决方案，也为其他高精度加工设备的优化提供了参考。

• 基于改进人工蜂群算法的双边拆卸线平衡优化

  轩豪杰，李梓响，郑晨昱，杨琬琳，董可欣

  在废旧产品的回收再利用过程中，双边拆卸线可以有效缩短拆卸线的长度，从而减少操作人员和机器的反复移动距离，一定程度上能够降低拆卸成本。在双边拆卸作业中，提升拆卸线效率时会出现双边拆卸线平衡问题。针对此，基于问题的优先关系约束、节拍约束和方向约束，构建了混合整数规划模型，以优化成对工位数量和工位数量。案例分析结果表明：混合整数规划模型可有效处理AND优先关系和OR优先关系约束以及其他的约束条件，实现小规模问题的精确求解。同时提出改进人工蜂群算法对大规模问题进行求解。为了测试改进算法的性能，将改进人工蜂群算法与9种常见智能算法进行对比。结果表明：改进人工蜂群算法的性能优于对比算法，可实现双边拆卸线平衡问题的高效求解。

• 旋转超声加工中局部感应式电能传输系统的设计与研究

  张新茗，孙艺嘉，宫虎，朱均超，张宝峰

  在旋转超声加工中，局部耦合结构的供电方式具有换刀灵活、调试便捷等优势，但也存在漏磁严重、耦合系数低等问题。为此，针对上下环式结构的局部感应电磁耦合器，通过有限元仿真分析了磁芯及线圈结构对耦合系数的影响规律，设计一种耦合性能良好的方片式磁芯结构的电磁耦合器。对非接触式超声电能传输系统的4种基本单边补偿结构进行分析，利用设计的电磁耦合器驱动12 mm直径硬质合金刀具，比较了不同补偿电路下局部感应式超声电能传输系统的传输特性。结果表明：通过设计的方片式电磁耦合器结合次级并联补偿方式，可以有效增大局部感应供电下超声振动系统中刀具的超声输出振幅，验证了方片式结构电磁耦合器在旋转超声加工系统中的有效性。

• 基于模糊滑模控制的石油勘探可控震源车控制策略研究

  张连朋，李君静，毛艺，武凡，段玉山

  国内目前的液压可控震源车存在系统可靠性差、控制技术落后等问题。针对此，以电液伺服可控震源车为研究对象，提出一种控制策略，以提高系统的控制性能。根据液压可控震源车系统的工作原理，建立可控震源车液压系统及平板-大地耦合模型，分析了电液伺服可控震源车的PID控制方法，对高频信号进行跟踪控制。针对系统中平板-大地间耦合以及液压系统非线性引起的系统高频跟踪控制精度低的问题，采用模糊滑模控制方法改善系统的响应精度。通过MATLAB/Simulink建模并进行仿真。结果表明：文中设计的模糊滑模控制器可以改善PID控制电液伺服可控震源车的幅值衰减和相位滞后问题，提升可控震源车在高频率工作下的跟踪精度。

• 基于IBWO-CNN-BiLSTM-Attention的机床刀具磨损预测模型

  崔业梅，杨焕峥，薛洪惠，徐玲

  为了提高机床刀具磨损预测的准确性，对优化算法进行改进，设计人工智能模型，并利用PHM2010刀具磨损数据集进行验证。构建一种基于IBWO-CNN-BiLSTM-Attention的预测模型，采用卷积神经网络(CNN)和双向长短时记忆网络(BiLSTM)学习数据的空间和时间特征，引入注意力机制(Attention)提高模型对关键信息的关注度。提出一种改进的白鲸优化算法(IBWO)优化模型参数和迭代次数，结合种群混沌映射初始化、准反向学习和萤火虫扰动策略，经CEC2005函数测试，该算法收敛速度和寻优精度明显优于传统BWO等对比算法。将该模型与CNN-BiLSTM-Attention模型、BWO-CNN-BiLSTM-Attention模型进行对比。结果表明：该模型在机床刀具磨损预测方面具有更高的准确性和可靠性。最后，在STM32H7单片机设备中部署了“剪枝”模型，并验证了“剪枝”模型在嵌入式设备中运行的可行性。

• GCr15轴承钢电解磨削的工艺参数优化与实验研究

  张陈波，任坤

  针对GCr15轴承钢平面加工效率低、精度不高等问题，将电解磨削工艺应用于GCr15轴承钢的复合加工中。设计并搭建了电解磨削实验平台；通过COMSOL仿真模拟电解反应过程，并结合相关实验优化了电解参数；基于最优电解参数开展了GCr15材料的电解磨削实验，并与传统平面磨削工艺进行了对比；最后，通过表面形貌和表面粗糙度分析主要工艺参数对加工质量的影响规律。结果表明：当电压为7 V、占空比为50%时，电化学作用生成钝化膜的效率最高；当砂轮转速为3 500 r/min、切深为3 μm、工件进给速度为0.75 mm/s时，工件表面形貌及粗糙度达到最优：相较于传统磨削工艺，电解磨削工艺可以有效提高GCr15的平面加工质量。

• 晶圆键合用气液增压设备控制系统设计与试验

  安高成，张建宇，刘宝玉，陈东良，肖让，郭嘉琪

  在芯片制造过程中，晶圆键合技术需将晶圆高精度粘合，其连接质量依赖于稳定且精确的压力控制。为了保证压力稳定且绿色环保，一般采用气液增压设备来实现这一过程。然而，气体刚度较低且密封件摩擦力不稳定，会干扰输出力的稳定性。针对晶圆键合所需的宽范围和高精度输出力，研制一款全新的气液增压设备。为了实现高输出力控制精度，搭建气液增压设备的数学模型，得到控制系统的近似传递函数；设计系统自适应模糊PID控制算法，并通过MATLAB/Simulink仿真对比所提算法和传统 PID 算法的控制效果，通过样机试验对仿真结果及控制算法优化结果进行验证。结果表明:所设计的自适应模糊PID控制器可以有效提高气液增压设备的控制精度，额定工况下其控制误差小于5‰，且具有较好的抗干扰能力。

• 深度学习引导的喷涂产线工件自动识别及分拣

  黎小巨，陈洵凛，祝华春

  针对工业混流式喷涂产线存在的产品特征复杂和环境干扰等问题，提出一种基于机器视觉及深度学习YOLOv5算法的目标工件识别、定位和抓取方法。通过开发数据增强算法和构建多尺度目标识别网络，显著提升了喷涂目标工件的识别精度。针对目标定位难题，开发基于归一化平面换算的目标定位算法，联合IOU最优抓取区域评估策略，有效解决了机器人的自主定位问题。结果表明：所构建的深度学习网络在无干扰场景下能够高效识别多目标，准确率高达93%，目标抓取成功率达到87%；在复杂干扰场景下，该网络的识别准确率为87%，抓取成功率为80%,对于异类目标的检测准确率也达80%。

• 宽转速范围的同步伺服电机无传感器控制研究

  陈一兵，樊卓远，刘姣，李匡正，朱小红

  传统基于定向磁场控制的同步伺服电机调速系统难以在宽转速范围内实现高精确的转速控制，在低速区间甚至会出现失速。针对此问题，提出一种宽转速范围的同步伺服系统无传感器高精度控制策略，基于无迹卡尔曼滤波器的无位置传感器结构，对中高转速区间内电机转速及符号进行精确估算与控制；同时通过带Luenberger 观察器和参考模型的控制策略，解决低速区间下无法实现精确控制的问题。搭建实验样机对所提控制策略进行验证。结果表明：所提控制策略在中高转速区间可以得到较小的伺服电机转速和位置跟踪偏差值，同时低速区间的跟踪精度也较高。

• 磁悬浮列车管道真空复压智能控制研究

  王永志，李强，吴利平，吕梦璐，郑鹏达，吴佳宝，孙钦翰

  磁悬浮列车管道复压系统需在列车行驶时保持真空状态，在停靠与检修状态时恢复至常压状态。复压过程中，管道内压力变化会影响流入气体的流量和流速，并且气体流入会对设施造成气流冲击,持续或瞬时的强冲击可能导致设备损坏。为降低气动冲击并提高复压效率,针对超高速磁悬浮列车真空管道的工作特点，研究了管道内流场特性，分析了多参数耦合关系，提出一种磁悬浮列车管道真空复压智能控制方法。该方法基于管道内监测传感器的实时数据，预测气体流入流量补偿值，以调整后的压力变化值和复压工作用时作为预测标签，采用自监督深度强化学习训练控制系统，使其自主调整气体流量，以确保复压过程的安全并提升复压效率。试验结果表明：该方法能够保障复压过程中运行设施的安全，复压效率相比PLC控制系统提升13.85%。

• 高速开关阀先导驱动高水基大流量比例调速阀流场特性仿真分析

  朱明亮，李永安，王宏伟，陶磊

  为了提高煤矿智能综采工作面液压支架的位置控制精度，基于二通插装阀结构原理，设计一种高速开关阀先导驱动的高水基大流量比例调速阀。针对高水基、高压、大流量液压阀易出现阀口空化损坏的问题，基于AMESim软件获取阀口压力、压降等参数，作为比例调速阀中节流阀与定差溢流阀腔流场数值计算的边界条件，并进行流体仿真分析。仿真结果表明：节流阀由于出口存在背压，基本无空化现象，且节流阀开度越大，其阀口处高速射流区越大；溢流阀阀口处阀套不同倒角对流场分布影响显著，倒角为45°时阀内最大负压值最小，空化发生概率较低；此外，溢流阀由于出口无背压，在高压工况下空化现象剧烈，且入口压力越高，阀的开度越小，空化现象越明显。

• 船用柴油机高压共轨喷油器故障分析及诊断方法

  李宝月，余永华，叶剑平，曹炳鑫，尧阳烽，马炳杰

  针对高压共轨喷油器故障诊断过程中存在的压力波特征识别困难、对诊断者专业要求较高以及缺乏故障机制分析等问题，提出一种基于时频域统计特征和支持向量机的故障诊断方法。通过AMESim构建目标机型的高压共轨系统模型,并通过试验完成对模型的标定和验证；仿真喷油器在不同故障状态下的轨压信号，结合3种不同故障程度的试验数据，分析不同轨压和脉宽下喷油速率、喷油量和喷油持续期的变化规律，并进行故障机制分析；最后，选取20个时域和频域特征，结合支持向量机完成故障分类识别。结果表明：喷孔堵塞、起阀压力降低及针阀磨损呈现差异化故障特征，基于20个时频特征+SVM的诊断模型多工况平均识别率均高于93.4%；而在100 MPa轨压、1 ms脉宽极端工况下，因特征区分度不足导致准确率偏低。

• 高水基液压泵柔性缸-塞复合结构动力学特性及应力分布研究

  李润泽，魏文胜，廉自生

  针对煤矿综采装备的核心动力源——高水基液压泵，提出一种轴向可伸缩柔性缸-塞复合结构，柔性缸采用弹性橡胶硫化制成，用作高水基液压泵的可变容腔，同时实现油水分离功能。通过多温度下的单轴拉伸试验，采用Yeoh本构模型对橡胶基材的温度依赖性应力-应变特性进行了表征。基于此，建立柔性缸-塞复合结构的运动学和动力学数学模型，并分析影响柔性缸内外双介质压力动态平衡的因素。最后，建立缸-塞复合结构的有限元模型，并利用Abaqus有限元仿真软件对柔性缸的应力分布特性进行研究。结果表明：柔性缸内外双介质的径向力动态平衡可以有效减小其在往复拉伸过程中的变形与应力集中现象，为柔性缸的结构设计和优化提供了理论基础。

• 基于PWM阀配流数字柱塞泵的流量响应特性分析

  王传礼，叶飞，何涛，高语罕

  为了实现数字柱塞泵流量的线性调节，提出一种基于PWM控制高速开关阀配流的新型流量控制策略，通过占空比调节阀芯的开启时长来实现泵的流量调节，并优化占空比与流量的调节精度。采用理论计算与AMESim仿真相结合的方法，搭建数字柱塞泵的流量调节模型，研究阀芯质量、线圈匝数、溢流阀定压及预紧力对流量调节精度的影响，建立了参数与调节精度的响应面模型，并对优化后参数进行仿真验证。结果表明：所提新型流量调节策略具有可行性，当阀芯质量为10 g时，流量调节精度最高；随着线圈匝数、溢流阀定压、预紧力的增加，流量调节精度先增强后减弱;优化后的最优参数组合为阀芯质量9.7 g、线圈匝数708、溢流阀定压29.8 MPa、预紧力71.04 N，较优化前流量调节精度提高了约5.3%。

• 基于虚拟样机技术的齿轮泵泄漏仿真分析与试验研究

  何璐佳，郑勇，何志勇

  针对外啮合齿轮泵在复杂工况下存在的流量脉动、油液泄漏等问题，利用ADAMS和AMESim软件的联合仿真方法，建立外啮合齿轮泵的刚-柔-液耦合模型。通过设定不同的转速、负载及磨损程度，模拟泵在正常工况和发生泄漏故障时的运行状态，分析泵的流量特性与应力特性，并对外啮合齿轮泵样机进行了试验验证。结果表明：提高转速有助于减小齿轮泵的流量脉动率，改善出口流量品质；而增加负载压力不仅影响齿轮泵的容积效率，还导致输出流量品质下降。基于流量特性可发现齿轮泵运行过程中存在的泄漏故障。对齿轮泵关键部位的受力情况和应力特性进行分析，仿真中齿轮泵应力较大的区域出现在泵体低压腔两侧壁体上的螺纹孔处，与试验中泵体上出现的裂纹位置一致，验证了文中仿真分析的准确性，为解决外啮合齿轮泵故障诊断及优化设计中的关键技术问题以及提升泵的综合性能提供了新思路。

• 基于粒子群算法燃油齿轮泵多目标优化设计

  王建森，李文宣，司国雷，陈君辉，杨广胜，魏列江

  针对某型航空燃油齿轮泵的性能需求指标，为了实现泵低流量脉动特性及轻量化设计要求，以瞬时几何流量脉动率和齿轮泵体积最小为优化目标，以齿数、模数、压力角、变位系数及齿宽为设计变量，并结合相应约束条件建立了齿轮泵优化设计模型，利用粒子群多目标优化算法进行寻优计算;绘制了优化目标对应的Pareto曲线，从中选出了一组满足设计要求的齿轮参数。并利用计算流体力学方法对该参数下的齿轮泵内部流场参数分布及瞬时几何流量特性进行了模拟分析，验证了所提方案的可行性。最后，完成了样机的加工制造及性能测试。结果表明：泵的实际输出流量与理论流量的一致性好，验证了优化模型及设计方法的可行性，为后续燃油齿轮泵进一步改进定型奠定了基础。

• 电控减振器内置阀电磁力特性测试研究

  谢培伟，孙晓帮，陆俊达

  为了研究电控减振器内置阀的电磁力特性，结合其结构原理，对内置阀芯进行力学分析，得到以电磁力为中间量的阀芯位移与电流的关系特性。根据电磁力测试的需求，提出电磁力测试系统方案，利用SolidWorks设计了电磁力检测台的机械系统。通过使用欧姆龙PLC和NI采集卡，完成了数据采集和动作控制电气硬件搭建。利用LabVIEW编写软件，实现了电磁力测试与数据存储。最后，利用电磁力检测台对5种电流进行电磁力试验，并结合减振器内置阀内部弹簧的弹性曲线，得到内置阀阀芯位移与控制电流的换算关系。结果表明：该检测台可以有效开展电磁力检测，通过分析计算可得到阀芯位移与控制电流的关系。

• 高压大流量液控单向阀冲击特性分析与结构优化

  贾春强，张成帅，王奥飞

  针对液压支架在高压大流量工况下降柱时易造成冲击损坏安全阀的问题，基于液控单向阀的结构及液压支架降柱系统工作原理，建立AMESim仿真模型，分析立柱下腔产生较大冲击压力的原因以及液控单向阀内部元件结构尺寸变化对冲击压力的影响。以立柱下腔冲击压力峰值为优化目标，通过正交试验对液控单向阀进行了结构优化。仿真结果表明:立柱下腔的液压冲击是由立柱上腔液体压力和顶板支撑力共同作用在下腔液体所致，导致下腔液体压力迅速升高，冲击压力峰值为41.308 MPa；立柱下腔冲击压力峰值受到先导阀芯开启时间的影响，先导阀芯开启及时，则冲击压力峰值较低。对正交试验优化后的液控单向阀进行仿真，立柱下腔的冲击压力为39.484 MPa，较优化前降低了4.42%。立柱下腔冲击压力的下降，可有效改善液压支架降柱时安全阀的开启情况，延长安全阀寿命。

• 基于CNN-BiGRU的海上风电机组异常状态监测

  陶彦亭，王霄，吴青，宋泽爽，闫建国，周宇辉

  海上风力发电机组的工作环境较陆上更为复杂多变，其SCADA系统采集的数据具有复杂性、非线性和高维性等特点。传统统计方法仅考虑单一的时间或空间特征，导致故障预测精度较低。为了有效挖掘数据的时空关联性，提出一种基于卷积神经网络（CNN）级联双向门控循环神经网络（Bidirectional Gating Recurrent Unit,BiGRU）的时空融合方法，实现对海上风电机组部件故障的预测。将两个海上风电场数据集分别划分为训练-测试集和验证集，采用LOF算法清洗数据集，并进行缺失值处理和标准化；利用皮尔逊相关系数法选择输入变量；利用CNN结合BiGRU提取时空特征，根据指数加权移动平均（EWMA）控制图识别海上风电机组部件早期的异常状态。以发电机故障轴承为例，该模型可提前7天发现劣化趋势并发出预警，为海上风电场工作人员的日常维护提供有力依据。

• 基于MS1DCNN-BOA-SVM的智能液压系统故障诊断方法

  闫锋，肖成军，孙一伟，孙有朝，谭忠睿

  针对液压系统故障特征提取困难、诊断准确率低等问题，提出一种基于多尺度一维卷积神经网络(MS1DCNN)和贝叶斯搜索优化支持向量机(SVM)的智能故障诊断模型。将多个传感器信号合并为单一输入信号；通过多尺度卷积处理提取关键故障特征，构建特征向量；然后，利用贝叶斯搜索优化SVM进行分类识别，构建故障诊断模型；最后，对模型进行训练。结果表明：该模型对柱塞泵和蓄能器的故障诊断准确率分别为99.63%、99.17%；与MS1DCNN、1DCNN、SVM模型相比，该模型在液压系统故障诊断方面具有高准确率、高可靠性和强泛化能力的优势。

• 基于绝对节点坐标法下不同模型的柔性板力学特性分析

  伍松，曲汉龙，赵鑫，伍炜，罗淇译，符黄彬，牛彩云

  为了研究柔性板结构在不同模型下的动力学特性差异，基于绝对节点坐标法建立大变形柔性板的动力学模型。该方法通过变形梯度和格林-拉格朗日应变描述结构的运动以及变形，采用斜率矢量替代传统有限元法中的转角坐标，可有效求解大位移、大转动及大变形问题。基于绝对节点坐标法理论框架，对比分析线弹性和超弹性本构模型（薄板和全参数板单元、 基于Mooney-Rivlin和Neo-Hookean本构模型的超弹性板）的力学特性。通过连续介质力学推导了单元广义弹性力矩阵与切线刚度矩阵，进而构建系统动力学方程。最后通过MATLAB软件分析线弹性模型和超弹性模型，得到了不同激励条件及材料模量对柔性板动力学行为的影响规律。仿真结果表明：当线弹性板受到外部激励时，三轴位移曲线较为吻合，超弹性板位移曲线存在一定差异，材料模量的增大使得两种板的变形减小，结构更加稳定，线弹性板及超弹性板模型对于大变形动力学问题都具有一定的适用性。

• 小型超磁致伸缩换能器放大机构设计与仿真

  闫洪波，刘怡雯，马庆振，韩世发，张天辉

  随着电声装置逐渐向微型化方向发展，对超磁致伸缩换能器（GMA）的输出位移和形状尺寸等提出了更高要求。为此，设计一种弓张式位移放大机构，旨在增大GMA的输出位移并实现小型化设计。通过理论推导建立了弓张结构的分析模型，得到了其位移放大比随主支臂参数变化的规律；将仿真结果与理论结果进行比较，分析了误差来源，并确定了最佳位移放大比下的主支臂参数；最后，通过有限元仿真研究了主支臂形状变化对位移放大比的影响。结果表明：优化后的主支臂参数满足了电声换能器小型化设计要求，放大机构整体尺寸为15.8 mm（长）×8.6 mm（高）×4.0 mm（厚），位移放大比为9.87，与实际值的误差在5.2%内；可从主支臂与水平夹角来判断梯形体结构是否适用于弓张结构的主支臂形状，夹角越小，位移放大比越大，椭圆形的支臂结构有利于提高位移放大比。

• 水下采油树完修井液压控制系统研制

  屈少林，张亮，鞠少栋，王继良，张嵘，杨建义，王宇

  针对水下采油树完修井液压控制系统存在压力等级无法完全覆盖海上油田需求以及阀门开关响应不准确等问题，根据南海某油气田对水下完、修井系统的功能要求，结合相关标准，设计完、修井的电液复合控制系统，系统可输出低压（40 MPa）、中压（69 MPa）、高压（103 MPa）3条油路，将最高工作压力等级从40 MPa提升至103 MPa；并采用AMESim软件建立了水下采油树阀门执行器响应的动态特性模型，对整个液压驱动和水下采油树阀门执行器的开关过程进行仿真，验证水下采油树完、修井液压控制系统功能设计的合理性。基于南海某油气田工程实际数据进行试验验证。结果表明：该水下完修井电液复合控制系统的各项性能指标满足标准规范和工程要求，对水下采油树完、修井液压控制系统的功能设计及现场应用具有一定的参考和指导意义。

• 基于故障树的LZB型全自动立式压滤机液压系统故障诊断专家系统

  崔璐，杨栩卿，罗涛，郭西贤，李皓源，姚尧，王沛，段佩侠

  针对西安某公司生产的LZB型全自动立式压滤机液压系统故障诊断中存在的过度依赖人工经验、诊断效率低及准确性低等问题，提出一种基于故障树和专家系统理论的智能诊断方法。通过引入故障树和专家系统等技术，实现对液压系统故障的分析和智能诊断。基于作业时液压系统出现的各类故障事件建立全自动立式压滤机液压系统的故障树模型，采用层次分析法和聚合模糊数对故障树模型进行分析。根据分析结果以及液压系统的故障信息，选取产生式规则作为知识表示并在SQL Server软件中建立故障诊断知识库，选用基于规则的正向推理和冲突抵消策略作为推理机，构建LZB型全自动立式压滤机液压系统智能故障诊断专家系统。经过适用性验证，该系统可实现故障智能定位、排故建议推送，显著提升了故障处理效率并降低了维修成本。其知识维护等功能确保了系统的持续学习能力，进一步提高了专家系统的故障诊断效率和适用范围,验证了故障树和专家系统融合诊断技术的准确性和可行性。

• 食品超高压处理设备恒功率变量增压系统的设计及仿真

  曹建锋，王玉虎，冀宏，张建军，姚鹤，杨福年

  针对食品超高压处理设备的增压工况要求，设计一种恒功率变量增压系统用于处理仓中超高压水的注入，阐述了恒功率变量增压系统的工作原理、设计要求及主要部件选型，并利用AMESim软件对增压系统进行建模和仿真计算，以验证恒功率变量控制在食品超高压处理设备增压系统中应用的可行性。结果表明：恒功率变量增压系统可以满足食品超高压处理设备的增压要求，通过合理调节参数，可以降低增压系统的输入功率，提高整机的工作效率。研究结果为大型工业化食品超高压处理设备的增压系统设计提供了参考。

• 液压式废弃矿井重力储能系统工作节拍调度策略分析

  张占东，陈吉顺，李珂，赵文超

  在“双碳”目标背景下，为满足光伏发电、风电等可再生能源发展对大容量、长周期、低成本电能储存的国家战略需求，提出一种依托废弃煤矿地下、地面空间为应用场景，利用煤矸石、矿业废渣等大宗工业固废作为储能介质的液压式重力储能系统。以晋能控股集团煤业公司某矿废弃运煤主井为工程背景，针对晋能控股集团塔山光伏发电公司某电站发电能力与储能需求，详细介绍了液压式废弃矿井重力储能系统的工作原理，通过计算可知此系统可将该矿周边100 MW级光伏电站平均日发电量的16.15%存储起来。此外，提出了模块化分组的工作节拍调度策略，根据不同储能目标的功率需求建立低、中、高3类循环运行模式，在此基础上利用AMESim搭建了单立井双质量块协同储能与发电的仿真模型，并验证了所提液压式废弃矿井重力储能系统工作节拍调度策略的可行性。

• 矿井提升机恒减速制动系统仿真与试验

  李国琳，王兴涛，王进，孙永华，康喜富

  针对矿井提升机向大型化、高速化和重载化发展带来的安全稳定性问题，为了进一步提升制动系统特性，提出一用一备恒减速制动系统，采用速度和压力双闭环PID控制方式。建立提升机制动系统数学模型，利用SimulationX软件搭建多领域仿真模型，对矿井提升机上升制动和下降制动过程进行仿真；分析提升载荷、制动初速度和减速度等运行参数对恒减速制动性能的影响，对比分析积分分离PID控制算法与传统PID控制算法下的速度曲线。基于仿真分析，研制物理样机并进行现场测试。结果表明：对于下放工况，随着提升载荷或制动减速度的增加，速度超调量增大，系统稳定性变差；制动初速度的变化对制动性能的影响较小；积分分离PID控制算法可将制动初期速度超调量降低50%。所提方案具有控制精度高、动态性能好、容错能力强、安全可靠的特点，为提升设备的平稳制动提供一定参考。